Блог

Sep 01, 2023

Разработки в области технологий УФ- и ИК-изображения

Источник: Edmund Optics. В последние годы спрос на системы машинного зрения, которые улавливают информацию в ультрафиолетовом (УФ) и инфракрасном (ИК) диапазонах спектра, увеличился по мере увеличения числа интеграторов и

Источник: Эдмунд Оптикс.

В последние годы спрос на системы машинного зрения, которые собирают информацию в ультрафиолетовом (УФ) и инфракрасном (ИК) диапазонах спектра, увеличился, поскольку все больше интеграторов и конечных пользователей осваивают новые области применения. Эти методы визуализации используют уникальные взаимодействия света и материи за пределами видимого спектра. Область применения и отраслевые области для этих методов визуализации включают проверку упаковки или этикетки для пищевой промышленности и производства напитков, гиперспектральную визуализацию и мультиспектральную визуализацию для мониторинга окружающей среды и сельского хозяйства, материаловедение и проверку полупроводников и многое другое. Несмотря на то, что получение изображений в этих спектральных диапазонах в последнее время стало менее затратным и более доступным, многие подходы к проектированию и производству датчиков камер и оптических линз остались прежними, и используются те же технологические достижения, которые снижают затраты, связанные с этими более новыми приложениями. а также совершенствование технологий систем видимой визуализации. Однако существует несколько ключевых отличий в технологии УФ- и ИК-изображений.

Датчики камеры представляют собой массив пикселей, состоящий из подложки полупроводникового фотодиода, металлической проводки и массива микролинз. Как видно на рисунке 1, существуют две основные архитектуры датчиков, каждая из которых имеет разный порядок ориентации составляющих слоев. Датчики с задней подсветкой (BSI), как показано на рисунке 1 A), имеют превосходное соотношение сигнал/шум и более равномерное освещение по всему датчику, чем датчик с передней подсветкой (FSI), показанный на рисунке 1 B), поскольку падающий свет имеет меньше глубина проникновения для датчика BSI, чем для датчика FSI.

Производство датчиков УФ- и ИК-датчиков практически идентично производству датчиков видимого диапазона (VIS), за исключением добавления защитного кварцевого верхнего слоя для датчиков УФ-излучения, который заменяет обычное стекло в датчиках видимого диапазона благодаря своим пропускающим свойствам в УФ-излучении. . Однако материал, используемый для изготовления подложки фотодиода, также может различаться для датчиков, необходимых для определенных или более широких диапазонов длин волн.

Подложка фотодиода — это часть датчика, в которой входящие фотонные сигналы преобразуются в электронные цифровые сигналы, которые затем выгружаются в вычислительный блок для построения изображения. Каждый материал подложки фотодиода имеет особую чувствительность к свету разных длин волн. Об этой чувствительности часто сообщают с помощью кривой квантовой эффективности, и она является мерой эффективности датчика при преобразовании сигнала фотон в электрон в зависимости от длины волны.

Материалом, используемым для изготовления подложки фотодиода в камерах машинного зрения для видимого и УФ-спектров, обычно является кремний, поскольку квантовая эффективность является исключительной для видимого и приличной в УФ-диапазоне. Кремний также остается относительно чувствительным к более коротким длинам волн ИК- или ближнего инфракрасного диапазона (0,75–1 мкм), поэтому его обычно используют для датчиков VIS-NIR. Однако кремний является плохим материалом для использования при длинах волн за пределами ближнего ИК-диапазона, включая коротковолновое ИК-излучение (SWIR) от 1,4 до 3 мкм, средневолновое ИК-излучение (MWIR) от 3 до 5 мкм и длинноволновое ИК-излучение (LWIR) до примерно 14 мкм из-за ширины запрещенной зоны 1,1 мкм. По этой причине ИК-датчики, используемые для длин волн SWIR, изготовлены из таких материалов, как арсенид индия-галлия (InGaAs).

Гибридные датчики для визуализации VIS-SWIR (400–1700 нм) и NIR-SWIR (700–1700 нм) обычно изготавливаются из InGaAs. Некоторые производители также используют особые технологии для изготовления датчиков. Большинство ИК-датчиков содержат слой фосфида индия (InP) различной толщины поверх подложки InGaAs для подавления нежелательных коротких волн. Изменяя толщину слоя InP, подавление длины волны специально ослабляется. Слой InP на многих сенсорах Sony достаточно тонкий, чтобы пропускать видимые длины волн для гибридного использования. Sony также использует особую технологию производства гибридных датчиков, называемую гибридизацией меди и меди (Cu-Cu), которая происходит на уровне пикселей для соединения подложек из различных материалов [2].